LNG接收站港池水深掃測技術

陳小虎 安興芳

（1.中海油田服務股份有限公司物探事業部，天津 300451；2.中海華洋（天津）企業管理服務有限公司，天津 300452）

0 引言

LNG即液化天然氣，越來越受到青睞。粵東LNG的投產，對粵東工業“洗肺”和區域能源結構優化等方面具有重大意義。為了確保LNG接卸船能夠安全駛進碼頭并順利靠泊，對錨地、航道、港池內的船舶通航環境要求極高，故對通航區域進行定期的水深掃測很有必要。

1 項目概況

粵東LNG項目位于廣東省揭陽市惠來縣神泉鎮以東約8公里，前詹鎮以西約5km的盧園、溝疏村附近沿海，是人工開挖碼頭。為了保障船舶通航安全，要求對錨地、航道、港池區域進行水深掃測，并與歷次掃測數據進行比對，產生的回淤量根據規范要求提出是否需要疏浚的建議，碼頭示意圖如圖1所示。

2 測前準備

2.1 平面、高程控制點校核

2.1.1 GPS穩定性試驗

定位設備于作業前在已知高等級控制點上進行了連續大于8小時的靜態穩定性實驗，測定GPS穩定中誤差為：Mr=±0.887m。到達現場后，在提供的控制點S2、Q2上架設GPS天線，并通過超級終端系統連續采集2小時的靜態觀測數據。通過計算得出，GPS穩定中誤差為：Mx=±0.200m，My=±0.208m，Mr=±0.3m，結果符合測量規范要求。

2.1.2 高程控制點校核

將提供高等級控制點BM3通過四等水準聯測至LNG廠內工作水準點，將所計算結果與提供的工作水準點高程進行比對，二者互差小于10mm，符合測量規范要求[1]。控制點資料如表1所示。

表1 高程控制點資料

2.2 水準聯測

在重件碼頭西南側設立臨時驗潮站，將提供高程BM3經過四等水準聯測至水尺頂，以確定基面關系。

2.3 檢查板刻度標定及檢查板水深校核

在現場進行了檢查板刻度的標定，并于調查前后，分別在水面平靜、流速較小時，用檢查板對測深儀進行校準，校核結果符合要求。

2.4 測線布設

側掃聲納：港池內側掃聲納計劃線平行于LNG碼頭布設，回旋區及專用航道沿航道方向南北方向布設，專用錨地側沿南北方向布設，測線間距均為50m。

多波束：港池內多波束計劃線平行于LNG碼頭方向布設，測線間距30m，重件碼頭北側由于水深變淺，測線間距更改為15m。回旋區及專用航道沿航道方向南北方向布設，專用錨地沿南北方向布設，測線間距均為30m。

單波束：檢查線垂直于各區塊多波束主測線方向布設，檢查線總長度不小于主測線總長度的5%，符合測量規范要求。

2.5 設備安裝

為避開遮擋物，GPS天線安裝在多波束支架之上。選擇測量船重心附近的兩側船舷位置（約1/2船長處）焊接儀器支架，此位置安裝儀器能遠離船主機、泵和螺旋槳并有效避免勘察船搖擺及噪音干擾。右舷焊接多波束測深儀的通用支架，于多波束測深儀前方約1m處焊接單波束測深儀支架。側掃聲納拖魚安裝于左舷，通過支出船舷拖曳（支出船體約1.5m），避開船體對聲納資料干擾。GPS天線與測量儀器換能器安裝位置如圖2所示。

圖2 儀器安裝位置示意圖

3 外業測量

3.1 潮位觀測

為了獲得精確的水深數據，在LNG重件碼頭設立臨時驗潮站，采用自動驗潮儀與人工驗潮相結合的方式，將潮位儀放入海面下，通過鋼絲纜懸掛在LNG重件碼頭臨時帶纜樁（確保低潮時期驗潮儀不會干出海面），通過四等水準測量，精確求得提供高程控制點BM3與水尺頂的高差。在水深測量正式作業前半小時開始潮位觀測，每10min讀取一個水位數據，精確到0.01m，在水深測量結束作業后半小時結束潮位觀測。將所測數據整理成電子表格后，與自動驗潮儀的潮位數據進行比對，潮位數據準確可靠，潮位曲線平滑連續，比對結果良好，最大誤差±0.02m，符合測量規范要求。通過改正計算，將觀測到的潮位數據歸算到理論最低潮面上。潮位改正基面關系如圖3所示。

圖3 潮位改正基面關系圖

3.2 單波束水深測量

精確量取換能器的吃水深度，并在測深儀中輸入換能器吃水值，聲速采用標準1500m/s，后處理采用聲速剖面對水深數據進行改正。整個測量過程中，根據水深變化實時調整儀器增益，軟件對全部水深值進行吃水實時改正。

3.3 地貌測量

正確連接好儀器后，將側掃聲納拖魚放入水中，側掃聲納高頻與低頻掃寬量程均為70m，航速保持在4節左右，海底聲學圖像清晰。

3.4 多波束測量

3.4.1 偏移量取

首先以多波束換能器安裝桿與海水面交點作為參考原點，建立船體坐標系，定義右舷方向為X軸正方向，船艏方向為Y軸正方向，垂直向上為Z軸正方向，精確量取光纖羅經、GPS、多波束換能器相對于參考原點偏移量，往返各量取一次，求取平均值作為最終結果[2]，輸入到多波束采集軟件中，進行實時偏移修正。如表2所示。

表2 儀器設備偏移量

3.4.2 聲速測量

測量期間每天都進行了不少于兩次的聲速測量。聲速測量時聲速計均勻達到海底，采用上下復測法，開始時在水面下穩定3min，下放和提升的速度均勻，小于0.5m/s。每天測前取表層聲速值輸入到Sonic Control 2000聲吶控制軟件中作為多波束的波束導向，保證PDS 2000采集數據的準確性。每天作業前和作業后均進行聲速剖面測量，用于多波束和單波束的數據后處理。

3.4.3 多波束校準

本次多波束安裝校準區域選擇在測區內港池北側與自然水域交界處，該區域陡坡坡度明顯、周圍地形平坦有利于多波束校準測量。通過測區內海底平坦海區沿相反方向以相同速度沿同一測線測得兩條帶斷面測量數據測試系統橫搖值（Roll）；通過測區內水深變化大的陡坡區域沿相反方向以相同速度沿同一測線測得兩條帶的中央波束數據測試系統縱搖值（Pitch）；通過測區內水深變化大的陡坡區域（間距為覆蓋寬度的2/3的兩條測線）沿相同方向以同一速度沿相鄰測線測得兩條帶的多波束邊緣數據測試系統艏搖值（Yaw）。Sonic 2024多波束系統采用PPS秒脈沖時間同步，Latency為0，不需校準。每次設備安裝后均進行了校準，現場采用PatchTest程序計算出各校準值，輸入到采集軟件中，以保證外業采集資料的實時顯示效果。

3.4.4 數據采集

工作期間嚴格按照技術要求進行作業，對多波束剖面數據及120°多波束開角的有效波束進行實時監控，以確保多波束現場采集的數據質量和有效覆蓋寬度。測量期間，換能器靜吃水未發生變化。測量船作業時船速控制在5節左右，不大于6節，保證測量數據質量良好。測量船的橫向和縱向搖擺角度小于8°，多波束的發射頻率為300kHz，接收增益為10db，量程根據測區的實際水深進行調整，以保證多波束取得最優的測量數據。

4 數據處理

4.1 潮位數據處理

把重件碼頭臨時驗潮站采集的潮位數據改正到理論最低潮面上，并編輯成后處理軟件所需的數據格式，供單波束及多波束數據處理。

4.2 導航數據處理

先將導航數據資料對照計劃線進行全面的檢查，剔除衛星狀態不好時的定位粗差。根據每個儀器不同的位置偏移量，生成相應的航跡圖。

4.3 單波束數據處理

先將記錄中測得的深度值對照模擬記錄紙進行檢查，排序去掉錯誤、多余和重復的數值后，通過潮位數據、聲速數據改正，輸出為AutoCAD DXF文件。

4.4 多波束數據處理

數據處理流程包括聲速折射修正、剔除錯誤“飛點”、潮汐改正、聲速改正、海底曲面生成、數據合并、抽稀、輸出和繪圖等過程。其中聲速折射改正是對由于聲速誤差造成的海底彎曲變形進行的修正，即修正“哭臉”、“笑臉”的過程。剔除“飛點”是人工去除錯誤“跳點”的過程。處理流程如圖4所示。

圖4 多波束處理流程圖

4.5 主檢比對

把多波束數據和單波束數據分層導入到自主研發的《海測助手V4.1》軟件中，進行主、檢測線水深符合性比對（檢查半徑為2.0m），檢查線水深共有1885個，有效檢查水深291個，超限點個數為0，比對符合測量規范要求[3]。比對要求如表3所示。

表3 主、檢測線水深符合性比對表

5 調查結果

5.1 地貌情況

專用錨地水域未見明顯強反射異常，未探測到疑似障礙物。專用航道整體海底地形較平整，共發現16處可疑障礙物；其中港池部分發現10處、航道區域發現6處，其聲學圖譜表現為反射強烈、陰影明顯。碼頭前沿及港池北側水深驟淺區域，聲納影像反射強。聲學影像如圖5所示。

圖5 專用航道和港池側掃聲納聲學圖譜

5.2 地形情況

專用錨地水域海底整體地形平整，水深由西北向東南逐漸變深，掃測范圍內未發現明顯障礙物。接收站水域掃測結果顯示，測區內內存在多處離散的孤立淺點。淺點影像如圖6所示。

圖6 LNG碼頭前沿淺點影像

5.3 可疑淺點潛水探摸

根據可疑淺點坐標，定位工程師指揮作業船移動到可疑淺點附近，作業船拋錨就位，移動船位將左舷中部（潛水員要下水的位置）對齊可疑淺點。船舶完成就位后，關閉船舶發動機，鎖定推進器。作業人員在可疑淺點垂直上方的位置拋入水砣后，潛水員沿入水繩入水到達可疑淺點位置；潛水員對可疑淺點進行探摸、測量，確認淺點的性質、材質、形態、尺寸等。探摸結果顯示，可疑淺點范圍內的可疑物均為礁石。

6 結論及建議

（1）建議對測區內離散的孤立淺點，根據淺點所處位置、深度及分布形態確定施工處理方案；

（2）建議對測區內不滿足水深要求的區域制定相應的施工處理方案；

（3）建議定期對船舶通航區域進行水深掃側，掌握回淤規律和狀態；

（4）建議根據水深掃測報告及設定的驗收標高，及時對回淤泥沙及塊石進行疏浚。